環(huán)保型鋁合金元素添加劑的研究與應(yīng)用探究

高家樂　洪雨

[摘要]本文在分析對比了兩代產(chǎn)品優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的試驗研究，研制出了新一代環(huán)保型鋁合金元素添加劑。

[關(guān)鍵詞]鋁合金；環(huán)保；添加劑

一、合金元素傳統(tǒng)添加方法

早期的合金元素添加工藝是茌鋁合金生產(chǎn)前預(yù)先配制好所需的鋁基中間合金，如鋁硅中間合金（含硅量19%～21%）、鋁鐵中間合金（含鐵量18%～22%）、鋁錳中間合金（含錳量9%-11%）等，這種方法具有操作簡便、加入量準確、合金成分便于控制等優(yōu)點.但是中間合金生產(chǎn)時的能耗很高，特別是在鋁合金配制過程中增加了合金元素的損耗，浪費極大。因此，西方發(fā)達國家在20世紀70年代就淘汰了這種落后的元素添加工藝.發(fā)展了以金屬添加劑——鐵劑、錳劑、硅劑、鉻劑、銅劑、鈦劑方式直接加入的新技術(shù).這種技術(shù)直到20世紀90年代初才在我國開始應(yīng)用。金屬添加劑是用75%的純金屬粉末和25%的助熔劑（由氯鹽、硝酸鹽、氟鹽和碳酸鹽組成）充分混合壓制而成，它雖然解決了以鋁基中間合金方式添加的缺點.但難以解決其自身溶解溫度高、吸收率低、吸收率不穩(wěn)定和助熔劑產(chǎn)生的環(huán)保問題.使該技術(shù)的推廣和應(yīng)用受到了限制。

二、環(huán)保型鋁合金元素添加劑的研究內(nèi)容及生產(chǎn)方法

1.研究內(nèi)容

1.1環(huán)保型鋁合金元素添加劑的合金化原理

當裝有添加劑的鋁質(zhì)罐體投入鋁熔體后.如果其比重大于鋁液.鋁罐會逐漸向爐底移動.鋁質(zhì)罐體一旦熔化.金屬元素添加劑中的鋁粉燃燒，為金屬粉末的擴散提供動能。這時經(jīng)過活化處理且具有非常大比表面積的純金屬粉末在鋁熔體中迅速溶解擴散。金屬細粉粒表面開始與鋁熔體接觸時.該合金元素在鋁熔體各處有濃度差，促使元素在鋁熔體中的濃度有趨于平衡的傾向。經(jīng)過一定時間后.熔體中的合金元素濃度達到平衡狀態(tài)。這就是添加劑的合金化原理。

1.2金屬粉末的純度、粒度、生產(chǎn)方法對合金元素吸收率的影響

試驗表明。金屬粉末純度過低、粒度過大或過小都將影響它在鋁液中的溶解和擴散速度.導(dǎo)致合金元素的吸收率低且不穩(wěn)定.合金化效果不理想。為了防止金屬粉末表面氧化.提高其表面活性.金屬粉末必須為工業(yè)純金屬.熔體采用保護性氣體介質(zhì)進行霧化制取。金屬粉末的質(zhì)量須達到如下標準：鐵粉質(zhì)量要求（質(zhì)量分數(shù)，%，下同）：≥98Fe，雜質(zhì)<0.35Mn，<0.14Si，<0.42H，粒度100目。錳粉質(zhì)量要求：≥99.5Mn.雜質(zhì)1.3添加劑中鋁粉所占比例對合金元素吸收率的影響

添加劑中鋁粉所占比例越高合金元素的吸收率就越高.但生產(chǎn)成本增加。為了確保合金元素的吸收率達到99%以上，試驗表明，添加劑中鋁粉的比例應(yīng)為5%（質(zhì)量百分比）。

1.4研究添加劑包裝方式對合金元素吸收率的影響

金屬粉末粒度越細。則比表面積越大.活性越高.表面越容易氧化。氧化后的添加劑會降低合金化程度.嚴重影響鋁合金的質(zhì)量。考慮到添加劑的運輸和存放時間.產(chǎn)品至少要確保在4個月內(nèi)不被氧化.添加劑采取真空包裝是唯一可行的選擇。

1.5添加劑的使用方法

當鋁液溫度超過700℃時。需要精心扒干凈鋁液表面的浮渣，之后再將鋁質(zhì)罐體添加劑投入鋁液中。為使臺金元素充分溶解擴散.試驗結(jié)果表明，10t及1 0t以下的熔煉爐必須在添加劑投入后靜止20min。然后充分攪拌10min；10t以上的熔煉爐則須靜止25min后充分攪拌15min.只有這樣才能確保元素吸收率超過99%。

2.生產(chǎn)方法

通過研究分析.最后確定的添加劑的生產(chǎn)方案為：95%的金屬粉末和5%純鋁粉充分混合均勻.用真空包裝的方法將混合好的添加劑裝入鋁質(zhì)罐體中。每罐2000g。并且要求每罐產(chǎn)品的密度必須大于3.5g/cm3。

三、環(huán)保型鋁合金元素添加劑工業(yè)應(yīng)用試驗情況及分析

1.添加劑的化學(xué)成分

配制成的鐵劑、錳劑、鉻劑、銅劑化學(xué)成分分析結(jié)果及粒度如表1所示。

2.鐵添加劑工業(yè)應(yīng)用試驗情況

2.1試驗條件

在容量為10t的熔煉爐中用A00鋁錠生產(chǎn)熱軋板坯8011鋁合金。

2.2試驗過程

8011鋁合金中鐵含量為0.6%～1.0%.試驗控制含量為O.8%。鐵添加劑加入前先分析鋁液中的鐵含量.由此計算出鐵含量達到0.8%所需的鐵添加劑量。按2.1.5確定的使用方法認真操作，共試驗3個爐次，其試驗參數(shù)如表2所示。

3.試驗結(jié)果與分析

熔體加入鐵添加劑前、后的含鐵量分析結(jié)果如表3所示，添加過程無煙無味。結(jié)果表明，鐵含量穩(wěn)定在0.795%左右.最低吸收率為99.3%。對3個爐次所生產(chǎn)的熱軋板坯進行表面和力學(xué)性能檢測，完全符合YS/T91-1995要求。

結(jié)語：

大量的試驗表明.研制的環(huán)保型鋁合金元素添加劑質(zhì)量穩(wěn)定，用其進行鋁合金化處理時操作簡便，容易控制和調(diào)整合金成分，解決了用中間合金和有助熔劑添加劑合金化的缺點.具有很好的推廣前景。